Caramizi de silicesunt materiale refractare pe bază de acid{0}, compuse în principal din tridimit, cristobalit și cantități mici de cuarț rezidual și sticlă. Ele oferă o rezistență puternică la zgura pe bază de acid-, dar sunt susceptibile la coroziune de către zgura alcalină și sunt vulnerabile la coroziune de către oxizi precum Al₂O₃, K₂O și Na₂O. Refractaritatea lor sub sarcină este mare, variind de la 1640 grade până la 1680 grade, aproape de punctele de topire ale tridimitei și cristobalitei (1670 grade și, respectiv, 1713 grade). Cel mai mare dezavantaj al lor este rezistența scăzută la șoc termic, dar refractaritatea lor este similară cu refractaritatea sub sarcină. Ele rezistă utilizării pe termen lung-la temperaturi ridicate fără deformare, contribuind la asigurarea rezistenței structurale a structurilor de zidărie în timpul funcționării.
Cărămizile de siliciu sunt utilizate în principal în pereții despărțitori ai camerelor de carbonizare și de ardere a cuptoarelor de cocs, precum și în acoperișurile sau bolțile gropilor de înmuiere, furnalelor fierbinți, cuptoarelor cu focar-acid și cuptoarelor de sticlă. În tehnologia de fabricare a fierului, noile tehnologii precum reducerea directă și reducerea topită sunt treptat transformate în forțe productive. În industria cocsării, a fost dezvoltat un „cocs format” produs fără utilizarea unui cuptor de cocs, care poate înlocui parțial cocs-ul tradițional.
Cărămizile refractare cu silice, ca majoritatea cărămizilor refractare sinterizate, sunt produse printr-un proces semi-uscat și arse în cuptoare tunel. Crăpăturile care apar în timpul procesului de producție sunt unul dintre principalele motive pentru rata ridicată a deșeurilor.
Tipuri de fisuri în cărămizile de silice
Fisurile din cărămizile de siliciu pot fi clasificate ca fisuri de suprafață și fisuri interne, acestea din urmă cunoscute și ca fisuri de strat. Fisurile de suprafață sunt clasificate în continuare ca fisuri transversale, fisuri longitudinale și fisuri de rețea. Cărămizile de siliciu sunt produse folosind o metodă de formare semi-presă uscată-pentru a crea corpuri verzi dense. Fisurile care apar de-a lungul direcției presiunii aplicate corpului verde sunt fisuri transversale, în timp ce fisurile care apar perpendicular pe direcția presiunii sunt fisuri verticale. Fisurile de rețea sunt compuse din mai multe fisuri distribuite într-un model de pânză de păianjen pe suprafața unei cărămizi de silice.
De obicei, pentru o cărămidă de silice standard, corpul verde este presat prin grosimea sa. Procesul de formare a cărămizilor de foc de silice este în esență un proces de compactare a particulelor din semifabricat și de îndepărtare a aerului, formând astfel un semifabricat dens. După ce au fost presate la mașină-, cărămizile prezintă avantaje precum densitate mare, rezistență, contracție minimă la uscare și ardere și dimensiunile produsului ușor de controlat. Cu toate acestea, dacă procesul de presare al mașinii-este controlat necorespunzător, se pot forma fisuri lamelare perpendiculare pe direcția presiunii în semifabricat în timpul procesului de presurizare. Prin urmare, fisurile lamelare, sau pur și simplu laminările, din cărămizile refractare de silice sunt, de asemenea, fisuri longitudinale.
Laminările mari pot fi detectate imediat după ce cărămizile sunt formate sau uscate. Cu toate acestea, laminările minore din cărămizi devin vizibile numai după ardere, deoarece continuă să se extindă din cauza tensiunilor termice în timpul arderii. Cărămizile care conțin fisuri, în special laminate, sunt predispuse la rupere, făcându-le inutilizabile și reducând randamentul produselor din cărămidă de silice.
Măsuri cheie pentru formarea și prevenirea fisurilor în cărămizile de silice
1. Masina de presare
Laminările din cărămizile de siliciu sunt cauzate în principal de controlul necorespunzător al procesului de presare-mașină și sunt uneori denumite fisuri presate-la mașină. Materiile prime și semifabricatele cărămizilor refractare cu silice sunt compuse din trei faze ale materiei: solid, apă sau alți lianți și aer. Pe parcursul întregului proces de turnare prin comprimare mecanică sau presare cu matriță, cantitatea de faze solide și lichide nu se modifică, în timp ce cantitatea de aer din semifabricat este comprimată și redusă datorită acțiunii presiunii, iar volumul semifabricatului comprimat este, de asemenea, redus în consecință. Procesul de presare a matriței poate fi împărțit aproximativ în următoarele trei etape: (1) În prima etapă, sub acțiunea presiunii, particulele din semifabricat încep să se miște și să se reconfigureze într-o stivă mai densă. Caracteristica acestui proces este compresia evidentă. Când presiunea crește până la o anumită valoare, intră în a doua etapă. (2) În a doua etapă, particulele suferă o deformare fragilă și elastică. După ce semifabricatul este comprimat într-o anumită măsură, comprimarea ulterioară este împiedicată. Când presiunea crește și atinge forța externă care face ca particulele să se deformeze din nou, semifabricatul este re-comprimat, iar densitatea semifabricatului crește în consecință. Această etapă este o etapă în care compresia și presurizarea devin scurte și frecvente. (3) În a treia etapă, sub presiunea limită, densitatea relativă a semifabricatului este practic stabilă și greu de crescut. Presarea cu matriță a semifabricatului de cărămidă este finalizată. În timpul procesului de turnare prin compresie, expansiunea întârziată a corpului verde din cauza efectelor secundare elastice trebuie controlată la mai puțin de 2%. Nerespectarea acestui lucru va duce adesea la respingerea produsului în timpul procesului de presare. Dacă corpul verde formează „densitate stratificată” de-a lungul direcției presiunii aplicate, cu o diferență de densitate care depășește 2%, este probabil să apară fisurare stratificată în interiorul corpului verde. Aceasta duce la o dilatare termică neuniformă în timpul arderii, având ca rezultat un stres termic semnificativ și formarea de fisuri longitudinale paralele cu straturile de densitate, având ca rezultat respingerea produsului.
În timpul turnării prin compresie, presiunea este utilizată pentru a depăși frecarea internă dintre particule, frecarea externă între particule și peretele matriței și deformarea corpului verde presat. Pe măsură ce distanța față de capul de presare crește, presiunea internă a corpului verde scade.
Prin urmare, atunci când presați cărămizi de silice, cel mai bine este să folosiți forme scurte cu un raport de aspect mic, mai degrabă decât forme înalte cu un raport de aspect mare, pentru a asigura o distribuție uniformă a presiunii în corpul verde. În același timp, anumiți plastifianți și agenți tensioactivi sunt introduși în semifabricat pentru a reduce frecarea internă și pierderile de transmisie a presiunii; finisajele matriței sunt îmbunătățite sau lubrifiate pentru a reduce frecarea externă; presarea dublu-față este utilizată pentru a reduce raportul L/D al semifabricatului; iar presurizări multiple, începând cu ușoare și apoi grele, sunt folosite pentru a preveni acumularea excesivă de presiune în semifabricat și pentru a elimina efectele secundare elastice. Aceste măsuri îmbunătățesc uniformitatea presiunii și a densității în semifabricat. Acest lucru previne densitatea mare în apropierea suprafeței de presiune și densitatea scăzută departe de suprafața de presiune din semifabricatul de cărămidă de silice, reducând astfel formarea densității stratului și a fisurilor.
În plus, semifabricatele de cărămidă de silice sunt preparate prin amestecarea agregatului, clincherului, pulberii de moara cu bile, mineralizatorului, lichidului rezidual de pulpă sulfit și plastifiant. Îmbunătățirea procesului de frământare semifabricat poate ajuta, de asemenea, la creșterea densității semifabricatului. În ceea ce privește tehnologia de amestecare fizică, mișcarea materialelor în aceeași fază se numește amestecare, mișcarea materialelor în faze diferite se numește agitare, iar amestecarea lichidelor și solidelor cu vâscozitate mare-se numește frământare (frământare și amestecare). Prin frământare adecvată, pulberea fină poate fi acoperită în jurul particulelor mai mari, eliminând eficient gazele și crescând densificarea cărămizii, reducând astfel porozitatea cărămizii.
2. Procesul de ardere
Sinterizarea cărămizilor de silice este în esență o transformare policristalină a SiO2. Sub acțiunea mineralizatorilor, materia primă de siliciu este sinterizat lent, transformându-se în esență în tridimit și cristobalit, cu doar o cantitate mică de cuarț rezidual. În timpul utilizării, cărămizile de siliciu experimentează o expansiune totală a volumului de 1,5% până la 2,2% atunci când sunt încălzite la 1450 de grade. Această expansiune reziduală etanșează rosturile de mortar, asigurând o bună etanșeitate și rezistență structurală în zidăria din cărămidă de siliciu. În plus, această transformare policristalină a SiO2 impune ca cărămizile refractare de silice să fie punctul central al monitorizării materialelor refractare în timpul fazei inițiale de ardere a cuptorului, caracteristică fiind o viteză de încălzire lentă și uniformă. Deoarece transformarea cristalină a - și -cristobalitului în cărămizi refractare de siliciu este însoțită de un efect semnificativ de volum în intervalul de temperatură de 150-300 de grade, trebuie avută o grijă deosebită pentru a crește încet temperatura în acest interval în timpul arderii cuptorului.
Modificările fizice și chimice care apar în timpul arderii cărămizilor de silice pot fi rezumate după cum urmează:
① Umiditatea reziduală din cărămizi este îndepărtată sub 150 de grade.
② Ca(OH)2 începe să se descompună între 450-550 de grade și este complet cu 550 de grade. În acest moment, legăturile dintre particulele de cărămidă de silice sunt rupte prin acțiunea CaO și a altor substanțe, rezultând o scădere a rezistenței și o cărămidă fragilă.
③ La 550-650 de grade , cărămizile de cuarț se transformă în monoquartz, provocând extinderea volumului.
④ La 600-700 grade, are loc o reacție în fază solidă între CaO și SiO2, crescând rezistența cărămizii.
⑤ La 800-1100 grade, are loc o reacție în fază lichidă-în cărămizi, crescând rapid rezistența cărămizii. Începând de la 1100 de grade, rata de conversie a cuarțului crește semnificativ, iar cuarțul cu densitate scăzută se formează, provocând o expansiune semnificativă a volumului.
⑥ La 1300-1350 grade, din cauza creșterii cantității de tridimit și cristobalit, greutatea specifică reală a corpului verde scade, iar expansiunea volumului crește, ceea ce poate duce la crăpare.
⑦ La 1350-1470 grade, gradul de conversie a cuarțului și expansiunea rezultată sunt foarte mari. Doar monocuarțul, cristobalit metastabil, mineralizatorii și impuritățile interacționează pentru a forma o fază lichidă și invadează particulele de cuarț pentru a forma fisuri atunci când se formează cristobalit metastabil, ceea ce promovează dizolvarea continuă a monocuarțului și a cristobalitului metastabil în faza lichidă formată, făcându-l o topitură suprasaturată a siliciului și oxigenului, apoi se topește continuu din forma stabilă. tridimit. În acest moment, cu cât este mai mare vâscozitatea fazei lichide, cu atât este mai rapidă viteza de conversie a cărămizii de silice și cu atât este mai mare posibilitatea de apariție a fisurilor în corpul verde de cărămidă. Prin urmare, pentru a preveni că cărămida de silice să sufere modificări de formă cristalină în timpul procesului de ardere, însoțite de modificări mari de volum care duc la formarea de fisuri, trebuie luate următoarele măsuri de proces:
(1) Controlați viteza de încălzire a diferitelor intervale de temperatură de ardere. Rata de încălzire ar trebui să fie încetinită când temperatura este mai mică de 600 de grade. Rata de încălzire poate fi accelerată când temperatura este între 600 și 1000 de grade. Rata de încălzire ar trebui să fie lentă când temperatura este între 1100 și 1300 de grade. Când temperatura este între 1300 de grade și temperatura de ardere (1430 de grade până la 1450 de grade), viteza de încălzire ar trebui să fie cea mai lentă în timpul procesului de ardere. Când cărămizile de silice arse sunt răcite sub 600 de grade, în special la 300 de grade, acestea ar trebui să fie răcite lent. Acest lucru poate tampona eficient modificarea volumului transformării cristalului, crescând conținutul de tridimit și cristobalit și evitând formarea de fisuri.
(2) În timpul etapei de ardere la temperatură înaltă, trebuie utilizată o atmosferă reducătoare, care favorizează mineralizarea oxidului de fier cu valent scăzut și favorizează producția la scară largă de tridimite. Altfel, într-o atmosferă oxidantă, mai ales când mineralizatorul este insuficient, cea mai mare parte a -cuarțului este transformată în -cristobalit. Această conversie se numește „conversie uscată”. În timpul conversiei uscate, din cauza expansiunii inegale a volumului corpului de cărămidă și a lipsei tensiunii de tamponare a fazei lichide, structura produsului va deveni slăbită și crăpată. În același timp, izolarea adecvată ar trebui efectuată la diferite etape de temperatură ale arderii cărămizilor de siliciu pentru a se asigura că cărămizile de siliciu au o compoziție rezonabilă de fază și îndeplinesc cerințele de utilizare.
(3) Îmbunătățiți sistemul de încărcare a semi--produsului finit pentru a reduce probabilitatea apariției fisurilor. Fisurile transversale în cărămizile refractare cu silice, adică fisurile paralele cu direcția presiunii produsului, sunt de obicei cauzate de încălzirea neuniformă a diferitelor părți ale produsului în timpul arderii. Acestea apar mai ales pe suprafața-expusă la foc din afara stivei de cărămidă, în special pe suprafața produsului de sus. Crăpăturile ochiurilor de pe suprafața cărămizilor refractare de siliciu, pe lângă denivelările microscopice ale corpului verde în sine din cauza frământării neuniforme sau modificărilor materiilor prime, sunt de obicei cauzate de încălzirea produsului la o temperatură prea ridicată cu fluctuații mari. La încărcare, cărămizile speciale din silicon trebuie să fie plasate în interiorul vagonului cuptorului, iar cărămizile obișnuite standard trebuie plasate în afara vagonului cuptorului; părțile proeminente ale cărămizilor cu formă-specială sau părțile predispuse la fisuri ar trebui să fie plasate spre interior; partea superioară a mașinii cuptorului trebuie acoperită cu niște cărămizi subțiri pentru a evita impactul direct al flăcării etc. În caz contrar, vor apărea mai multe fisuri.
Fisurile sunt un factor major care afectează randamentul și performanța cărămizii de siliciu. Stăpânirea proceselor de turnare prin presare și ardere este cheia pentru prevenirea fisurilor în cărămizile de silice. Conversiile teoretice și reale ale materiilor prime de siliciu variază, iar programul de ardere trebuie ajustat în timp real în funcție de modificările materiilor prime, tipului de cărămidă și alți factori. Pregătirea și calitatea semifabricatelor de cărămidă de silice sunt factori importanți, chiar critici. Numai controlând cu strictețe fiecare etapă a procesului se pot produce-cărămizi de siliciu de înaltă performanță eficient și cu un consum redus de energie.
